拓宽视觉

时间：2025-05-10

当客户对可互换零件的需求变得苛刻时，首台光学比较仪，即众所周知的“阴影比较仪”，被投入工厂使用。阴影比较仪提供零件的放大阴影，同零件的精确轮廓采取叠加的形式进行比较。操作员用一个千分卡头移动X和Y轴，使之接近重叠区与零件之间的水平和垂直偏差，并对差异做标记，然后操作员返回机床，重新加工零件并重复上述过程直到零件处于公差范围内。这实际上是一个简单的go/nogopass/fail测试。如今，光学比较仪是一个可靠的工厂工具，无论是在检验室还是在车间内，都易于理解和使用。但是它们与基本阴影比较仪大不相同。从纯粹的观测光学测量到直接数字分析的转变起始于大约20年前。现代的比较仪配备有更好的光学器件、读出装置、软件界面、几何测量功能，以及尺寸范围为12英寸到40英寸的屏幕。光路可选水平和垂直定向，根据具体应用决定。许多光学比较仪配置有光学边缘检测，这极大的帮助了用户。它们简单易用，实验结果可复验，使所有用户都能得到相同的结果。光学比较仪在近10年来得到了加速发展，具备了越来越强大的数字读出器(DRO)和基于PC的读出系统。甚至还出现了一种新产品，它集比较仪与视频适配器于一体创建了一种基于视频的测量系统，该系统具有视频变焦镜头的卓越光传导性能，放大倍率超过了比较仪的范围。这种新产品保持了光学比较仪的优良传统特性，同样简单易用、成本低廉。走进视觉虽然比较仪是一种多功能的测量及检验工具，但是当遇到高表面照明和放大倍率要求时，它具有局限性。对于这些应用场合，手动视觉系统是替代比较仪的合理下一代产品。手动视觉系统提供卓越的表面照明性能和灵活的变焦镜头，其放大倍率从10倍到240倍可调。曾经，手动视觉系统使用简单的瞄准器、纯平显示器和几何读出器。需要使用复杂的计算机系统才能提供边缘检测功能。如今，视频边缘检测是一项普通功能，熟悉比较仪的操作员发现相关的电子设备和读出装置直观且易于学习。为人熟知的特点包括能够捕捉图像并存储它们，添加文本，以及将数据上传到flash寄存器中。实际上，最新的手动视觉系统提供了基于计算机的系统所具备的大部分功能，但是它的学习曲线更短，成本更低。熟悉比较仪的用户往往发现手动视觉系统不仅简单易用，而且提高性能的花费也出人意料地低廉。自动检验使生产加速产量的提高必然要求检验过程具备更高的处理能力和可重复性。对于大批量生产，检验常常需要重复执行自动测量程序。同时，手动检验和操作员的主观因素无法满足日益严格的紧公差要求。当检验不再能够跟上技术要求或者不能准确地检验复杂零件时，则需要自动的非接触式检验过程。对于生产大批量零件的制造商而言，还可以通过将工件排列在托盘上来提高检验过程的工作效率。解决方案是使用夹具来组织零件。通过在行、列方向创建夹具预设信息，则零件之间的偏移量已知，并且X和Y轴的尺寸固定不变。偏移量信息用于编制适合固定零件的测量程序。但是，对于某些应用，夹具可以简化成一块直角板，零件依次抵住直角板放置。需要看到更多由于零件变得更小、更复杂，所以对检验系统的要求也随之更高。更高的放大倍率和更好的照明强调了对视觉系统的基本而持久的原则：如果你无法看到它，你就不能测量它。例如，光照是获得最佳对比度的必备条件。四分之一区间光照提供对光源角度和方向的独立控制。透过镜头的光照常常是高度测量和查看盲孔所必需的。自动视觉系统使用视频边缘检测技术来自动构建点。某些系统现在只需点击鼠标即可获取多达300个数据点，来测量诸如圆或直线之类的特征。在2维扫描模型中，软件可以获取形状周围的多达5000个数据点。零件数据越多，与参考文件的比较就越准确。例如，使用传统叠加方式检验零件的操作员现在可以导入2维CAD文件，创建公差，然后使用视频工具沿零件外围扫描。采用这种方法，操作员现在可以采集将近5000个数据点。接着，系统自动将这些点与CAD轮廓相匹配，并报告操作员零件是否通过或失败。该过程比传统方法耗时稍长，但是操作员能够获得无尽的更多数据用于比较。而且，可以将数据点存储起来供日后参考或检验——叠加式方法则不能完成这样的任务。对于具有紧公差的零件，其精度还可能需要使用自动视觉系统。有些系统的工作精度小于4微米。例如，医疗器械制造商正在寻找小型复杂零件的检验方法，例如手术刀片和骨钻，它们相当复杂，要求视觉系统具有很高的放大倍率和精度。光学比较仪仍然被许多车间用于检验，视觉系统则由于能提供测量可重复性和更高的生产率而被用于质量控制部门。成功地测量复杂零件要求最合适的扫描方法和强大的数学性能以提取和比较关键的尺寸特征。如今的高级视觉系统将视频和激光扫描与接触式探针检验融为一体。这构成了一个多传感视觉系统，根据零件的需要，它能够在各种方法之间转换。利用这些新系统，我们前面所说的那句话：“如果你无法看到它，你就不能测量它，”就不再重要，因为如果视觉无法看到它，那么你还可以利用探针或激光来测量零件。在决定采用多传感检验系统之前务必进行认真分析。某些零件最适合于使用探针检验的物理测量方法。其他零件，例如具有2维特征的更复杂零件，则更适合于视觉系统，因为系统能够准确找到零件的边缘并提取大量数据点。在有些情况下，装配件包含2维和3维特征，这需要探针和视觉系统两者的功能。视觉传感器校正油盖组装错误提高生产率向世界领先的汽车公司提供元件绝不允许有错误，这就是MiniaturePrecisionComponents（MPC）公司在其威斯康星州的普雷里申（PrairieduChien）工厂使用三个视觉传感器来校正油盖自动化组装的原因。追求质量一直是MPC永恒的目标。除了油盖之外，该厂还生产一系列热塑性元件和总成件，包括PCV阀门、节温器盖和用于排放控制系统的快接端口。在盖子定向并被压进加载在组装盘上的O形圈的工作站上，使用了两个视觉传感器。右侧的视觉传感器固定在添加盖子的内联输送带的上方，以确保在组装和印刷之前盖子的方向适当。“我们实现贯穿自动化程序的质量控制，并且在过去7年间，机器视觉一直是我们自动化战略的一个关键要素，”MPC生产工程经理ShaneHarsha先生解释说。自动化油盖组装系统是个典型的例子。MPC自动化及加工工程师BrianChampion先生最近新增使用了康耐视公司提供的Checker视觉传感器取得了很好的成本效益，并且实现了可重复性的改良，为无缺陷油盖的生产提供了更高的效率。“因为Checker视觉传感器的配置如此简单、安装如此容易，它们为各种检查提供了具有成本效益的解决方案，相比之下，传统传感器性能不可靠，完全成熟的视觉系统又太昂贵。”Harsha先生解释说。Checker很容易使用，只要选择内置元件查找传感器，然后将检测传感器设置在要检查的特征上。该设备包括三种类型的检测传感器，可以在许多行业中广泛应用：◆亮度传感器查找亮区和暗区◆对比度传感器检查含有亮区和暗区的特征，例如日期代码、螺纹和条形码◆训练图案传感器了解其特征，然后在发现该特征时给出信号为了探测该应用中反向的O形圈，Champion先生通过先训练元件查找传感器如何查找图像中的O形圈来设置Checker202，然后将一个图案传感器定位在正确的位置中，验证是否有密封焊道。图案传感器查找O形圈上的密封焊道的图案，然后在其被探测到的时候发出信号。该图案传感器保持在相对元件查找传感器的一个固定位置，这样它始终处于正确的位置，以便查找密封焊道的形状。如果没有密封焊道，视觉传感器会通过光学耦合器至气动螺线管，它可将反向O形圈吹下生产线，并且吹回进料器的供料杯，重新进行循环。Checker视觉传感器是一个简易且成本效益高的解决方案，仅需不到一个小时的时间就能设置和安装第一个视觉传感器，因此Champion先生决定通过增加另外两个传感器来完全校正油盖组装程序。两个传感器都在将盖子压在加载的O形圈上的下一工作点使用。一个安装在移动的取放臂上，另一个固定在盖子内联输送带的上方。在移动臂上的视觉传感器的配置方法，与查找从进料器中出来的反向O形圈的传感器配置方法一样，先使用元件查找传感器查找图像中的O形圈，然后使用图案传感器来验证是否有密封焊道。允许视觉传感器确保在盖子被压上之前O形圈被适当地加载。最后一个视觉传感器安装添加盖子的内联输送带上方，就设置在将盖子压在组装盘上加载O形圈的取放臂上游。该视觉传感器检查盖子的方向，但其配置的方法很相似。首先训练元件查找传感器辨别油盖的转角半径，然后训练两个图案传感器来辨别油壶的手柄和油滴图形。通过在两个图案上的训练，视觉传感器可以确定盖子的方向。如果其不在正确的安装位置上，该视觉传感器发出信号至取放臂控制器，使得盖子在被放在组装盘上之前旋转180度。“Checker视觉传感器帮助我们在生产程序中实现零缺陷率，”Harsha先生称，“同时还减少了废料。它们是适用于我们许多检查和错误校正应用的完美的解决方案。”这种情况就必须采用多传感器检验系统。多传感器检验系统使操作员能够在探针最适合的时候使用探针，并在必要时转换到视觉系统，在一个程序里处理全部检验工作。为了得到准确的结果，当使用自动多传感器测量系统时需要考虑夹具。合适的夹具对于产生可靠测量结果相当重要。例如，当通过探针接触零件时和当你使用视觉或激光选项时（不需要接触零件），这两种情况下需要不同的夹具。完全自动化的检验如今已成为现实。例如，某些视觉系统可以与托盘装载机器人相连。视觉系统协调以下工作，包括定位工作场地、装载工件、测量零件，以及命令机器人提交下一个零件供检验。未来，也许能够将检验系统与托盘装载机器人以及加工中心相连，从而使系统不仅能用于测量，还可以进行可视化修改，将新偏移量和尺寸回传给加工中心。如今的视觉检验目标将继续努力消除人为主观因素对生产过程的影响，同时提高精确性、可重复性和处理能力。非接触式测量已经发展成为一种具有多种选项的方法，其设计适于各类广泛的应用。尽管光学比较仪的未来实用性和运用曾经是争论的焦点，但是便于车间使用的比较仪仍然在生产领域中占有一席之地。当照明和放大倍率成为人们关心的问题时，转换到手动视觉系统相对容易、经济。而当处理能力、速度、产量和可重复性问题凸显时，自动检验系统是最理想的解决方案。